CN111420625A - 一种高粘度料液反应釜及搅拌装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高粘度料液反应釜及搅拌装置,涉及化工设备领域。上述高粘度料液搅拌装置,包括搅拌轴,搅拌轴从上至下依次设置有第一搅拌桨、第二搅拌桨和第三搅拌桨;第一搅拌桨包括若干横杆和刮齿,横杆以所述搅拌轴为圆心向外延伸,刮齿固定于横杆上,若干刮齿在横杆上排列呈梳状;第二搅拌桨包括若干搅拌叶和补强板,搅拌叶呈扁平长条状,搅拌叶所在平面与搅拌轴中心轴和搅拌叶中心轴所在平面呈0~80°夹角;第三搅拌桨包括U型搅拌叶和刮板,刮板固定于U型搅拌器底部。本发明的搅拌装置应用于反应釜,可以保证树脂聚合反应不同阶段物料的混合效率和反应效率,在粘度高达30000‑200000cps/25℃时,依然能保证物料的混匀效果和设备的正常运行。
Description
技术领域
本发明涉及化工设备技术领域,特别是涉及一种高粘度料液反应釜及搅拌装置。
背景技术
聚合树脂是一类合成树脂,其合成原料来源广泛,生产成本低廉,树脂制品具有优异的机械性能、耐热性、绝缘性、阻燃性等,被广泛应用于人类日常生活中。随着人们需求量不断增加,工业生产聚合树脂的产能要求越来越大。
反应釜是制备树脂聚合反应必不可少的设备,现有的反应釜通常采用内部或外部加热,并配备桨式搅拌叶,此种加热和搅拌方式适用于粘度较小的料液,但无法适用3000cps/25℃以上高粘度料液。当物料粘度过大时,搅拌器转动阻力过大,容易造成搅拌效果不佳,甚至出现扭力过大而跳闸的现象,对设备损害极大。
发明内容
基于此,有必要针对上述问题,提供一种高粘度料液搅拌装置,可以保证树脂聚合在反应不同阶段物料的混合效率和反应效率,尤其是当料液粘度达到30000-200000cps/25℃的高粘度时,依然能保证物料的混匀效果和设备的正常运行。
一种高粘度料液搅拌装置,包括搅拌轴,所述搅拌轴从上至下依次设置有第一搅拌桨、第二搅拌桨和第三搅拌桨;所述第一搅拌桨包括若干横杆和刮齿,所述横杆以所述搅拌轴为圆心向外延伸,所述刮齿固定于所述横杆上,若干所述刮齿在横杆上排列呈梳状;所述第二搅拌桨包括若干搅拌叶和补强板,所述搅拌叶呈扁平长条状,所述搅拌叶所在平面与搅拌轴中心轴和搅拌叶中心轴所在平面呈0~80°夹角;所述第三搅拌桨包括U型搅拌叶和刮板,所述刮板固定于所述U型搅拌器底部。
此处的高粘度是指粘度为30000-200000cps/25℃。
上述搅拌装置,设有三种不同的搅拌桨,第一搅拌桨的刮齿具有破环物料表面张力、破坏料液中气泡的作用,使料液加热和搅拌更均匀,第二搅拌桨主要用于搅动反应釜中部的物料,第三搅拌桨底部的U型搅拌叶具有较大的扭力,刮板可以将反应釜底部将物料刮起,以上三种搅拌桨配合可以将高粘度物料混合更均匀,提高反应效率。
在其中一个实施例中,所述刮齿的长度为10~20cm,相邻两个刮齿之间的距离为8~16cm。高粘度树脂聚合反应时生成的气泡直径约为0.3cm~5cm,该尺寸刮齿和间距可更高效地打破气泡。
在其中一个实施例中,所述第一搅拌桨与所述第二搅拌桨之间的距离为50~80cm,所述第二搅拌桨与所述第三搅拌桨之间的距离为60~90cm。
在其中一个实施例中,所述补强板沿所述搅拌叶中心轴方向固定于所述搅拌叶上。
在其中一个实施例中,所述补强板垂直于所述搅拌叶。补强板一方面可以增加搅拌叶的强度,避免物料粘度过大、阻力过大而变形,另一方面对物料有与搅拌叶不同方向的剪切作用。
在其中一个实施例中,所述刮板两侧设有若干突刺。突刺也可以起到破坏表面张力的作用,对物料起到剪切作用。
本发明一方面还提供一种高粘度料液反应釜,包括上述搅拌装置,以及:
壳体,所述壳体上设有入料口和取样口,所述搅拌轴设置于所述壳体内;
换热装置,所述换热装置环绕设置于所述壳体外部;
动力装置,包括可变扭矩减速机和马达,所述可变扭矩减速机一端连接马达,另一端连接搅拌轴。
该反应釜,采用本发明的搅拌装置,可以更高效、均匀地混合物料,尤其是搅拌高粘度物料时,可以降低设备故障率。
在其中一个实施例中,所述壳体的底部为圆弧形,所述刮板的底部与所述壳体的底部形状相匹配。刮板底部形状与反应釜底部形状相匹配,有利于搅动底部物料,提高物料混合均匀度。
在其中一个实施例中,所述换热装置包括相互分离的第一换热盘管和第二换热盘管,所述第一换热盘管向所述搅拌轴的垂直投影覆盖所述第二搅拌桨向所述搅拌轴的垂直投影,所述第二换热盘管向所述搅拌轴的垂直投影覆盖所述第三搅拌桨向所述搅拌轴的垂直投影。第一换热盘管和第二换热盘管分别对反应釜不同部位进行加热或冷却,根据生产需求可以通入不同种类或温度的加热或冷却介质,使反应釜内温度更容易控制。
在其中一个实施例中,所述壳体内表面设有抛光层。抛光层可以减少物料与壳体内壁的粘连,使物料在反应釜内得到充分和均匀的混合。
本发明一方面还提供一种高黏度酚醛树脂的制备方法,在上述反应釜中进行聚合反应,在聚合反应过程中,向第一换热盘管中通入170~180℃饱和蒸汽,向第二换热盘管中通入250-300℃导热油;
定时通过取样口取样测定料液的粘度,根据粘度进行以下搅拌转速控制:
在聚合反应初期,即当料液粘度为100-10000cps/25℃时,调整可变扭矩减速机,将搅拌轴的转速控制在60±10rpm;
在聚合反应中期,即当料液粘度为10000-30000cps/25℃时,调整可变扭矩减速机,将搅拌轴的转速控制在45±10rpm;
在聚合反应后期,即当料液粘度为30000-200000cps/25℃时,调整可变扭矩减速机,将搅拌轴的转速控制在35±10rpm。
上述制备方法,由于树脂在聚合反应过程中粘度会不断增加,若采用单一的搅拌转速可能会在反应后期造成物料混合不均匀,聚合反应效率降低,反应不充分,随着物料的粘度增加(如30000-200000cps/25℃),搅拌装置的阻力大大增加,现有的搅拌装置难以克服该阻力,而上述方法中采用了可变扭矩减速机,可以快速准确地调整转速,以适应不同粘度的物料;而且上述搅拌装置具有强大的扭力,可以破坏物料的表面张力,配合可变扭矩减速机,使物料混合更均匀,反应效率更高;与此同时,本发明还通过第一换热盘管和第二换热盘管,在物料粘度过大时,对反应釜不同部位的物料进行不同程度的加热,粘度较大的物料容易下沉至反应釜底部,通入温度导热油有利于降低底部粘度,提高物料的混合效率,另一方面,在聚合反应放热阶段,停止在第一换热盘管中通入蒸汽,反应釜中部可以较快降温,提高了反应釜内的换热效率。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明的搅拌装置,设有三种不同的搅拌桨,第一搅拌桨的刮齿具有破环物料表面张力、破坏料液中气泡的作用,使料液加热和搅拌更均匀,第二搅拌桨主要用于搅动反应釜中部的物料,第三搅拌桨底部的U型搅拌叶具有较大的扭力,刮板可以将反应釜底部将物料刮起,以上三种搅拌桨配合可以将高粘度物料混合更均匀,提高反应效率。
本发明的反应釜,采用本发明的搅拌装置,可以更高效、均匀地混合物料,尤其是搅拌高粘度物料时,可以降低设备故障率。
上述酚醛树脂制备方法,在聚合反应过程中采用本发明的反应釜作为反应容器,有利于提高反应釜中高粘度物料的混合均匀度、聚合反应效率,提高反应体系的换热效率,降低设备的故障率。
附图说明
图1为实施例中搅拌装置的结构图;
图2为实施例中第一搅拌桨的结构图;
图3为实施例中第二搅拌桨的结构图;
图4为实施例中第三搅拌桨的结构图;
图5为实施例中反应釜的结构图;
图6为实施例中壳体的顶部结构图。
图中,100-搅拌装置;110-搅拌轴、120-第一搅拌桨;121-横杆;122-刮齿;130-第二搅拌桨;131-搅拌叶;132-补强板;140-第三搅拌桨;141-U型搅拌叶;142-刮板;143-突刺;150-套环;200-壳体;210-入料口;220-取样口;230-视窗;240-安全爆破口;250-可变扭矩减速机;300-第一换热盘管;400-第二换热盘管。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。
实施例1
一种高粘度料液反应釜,如图1-6所示,包括搅拌装置100、壳体200、换热装置和动力装置。
搅拌装置100由搅拌轴110和从上至下依次设置于搅拌轴110上的第一搅拌桨120、第二搅拌桨130和第三搅拌桨140构成,以上三种搅拌桨均分别通过套环150固定于搅拌轴110上。第一搅拌桨120包括两根横杆121,横杆121上下均焊接有刮齿122,刮齿122为细长圆柱形,多个刮齿122排列呈梳状,刮齿122的长度为15cm,相邻两个刮齿122之间的距离为8cm,刮齿122可以破除产生的气泡。第二搅拌桨130包括4个均匀分布的搅拌叶131,搅拌叶131为扁平长方体,搅拌叶131所在平面与搅拌轴110中心轴和搅拌叶131中心轴所在平面呈60°夹角,为增强搅拌叶131的强度和提高搅拌效率,搅拌叶131朝上的表面设有补强板132,补强板132垂直于搅拌叶131设置。第三搅拌桨140包括一个U型搅拌叶141,U型搅拌叶141两端分别固定有一个圆弧形刮板142,刮板142两侧面上设有若干突刺143,刮板142可以将反应釜底部的物料刮起,防止底部高粘度物料沉积、反应不充分,突刺143可以带起高粘度物料,使搅拌更充分。第一搅拌桨120和第二搅拌桨130的间距为60cm,第二搅拌桨130和第三搅拌桨140的间距为70cm,以上间距是指各搅拌桨套环之间的距离。
动力装置包括可变扭矩减速机250和马达,可变扭矩减速机250一端连接马达,另一端连接搅拌轴110,搅拌轴110穿过壳体200并固定于壳体200内。可变扭矩减速机250可根据生产需要变换扭力,使搅拌装置100适用于不同粘度的物料。
壳体200的顶部和底部为圆弧形,中部为中空圆柱形,内壁设有抛光层,减少物料粘连。壳体200的顶部设有入料口210、取样口220、视窗230、安全爆破口240以及生产所需的控制阀口等,取样口220用于取样,方便分析物料的粘度和其它性质。圆弧形刮板142为适应壳体200的圆弧形底部而设计。
换热装置环绕设置于壳体200外部,换热装置包括相互分离的第一换热盘管300和第二换热盘管400,第一换热盘管300向搅拌轴110的垂直投影覆盖第二搅拌桨130向搅拌轴110的垂直投影,第二换热盘管400向搅拌轴110的垂直投影覆盖第三搅拌桨140向搅拌轴110的垂直投影。根据生产需要,可在第一换热盘管300和第二换热盘管400中通入不同加热或冷却媒介。
实施例2
一种高黏度酚醛树脂的制备方法,向实施例1的反应釜中加入苯酚、精制腰果壳油、甲醛等原料,进行聚合反应,在聚合反应过程中,向第一换热盘管中通入10kg压力的水饱和蒸汽(温度约为178℃),向第二换热盘管中通入250-300℃导热油;
定时通过取样口取样测定料液的粘度,根据粘度大小进行以下搅拌转速控制:
在聚合反应初期,即当料液粘度为100-10000cps/25℃时,调整可变扭矩减速机,将搅拌轴的转速控制在60rpm;
在聚合反应中期,即当料液粘度为10000-30000cps/25℃时,调整可变扭矩减速机,将搅拌轴110的转速控制在45rpm;
在聚合反应后期,即当料液粘度为30000-200000cps/25℃时,调整可变扭矩减速机,将搅拌轴的转速控制在35rpm。
实验例1
不同反应釜进行高粘度酚醛树脂聚合反应效果对比
在实施例1的反应釜、对比反应釜1、对比反应釜2进行相同规模的酚醛树脂聚合反应;该对比反应釜1与实施例2的区别在于,搅拌轴底部和中间部位均采用第二搅拌桨,且该反应釜未安装可变扭矩减速机,无法随时改变扭力;该对比反应釜2与实施例2的区别在于,搅拌轴上部和中间部位均采用第二搅拌桨。
实验结果表明,采用实施例2的反应釜,反应全程无故障,连续30批次酚醛树脂的生产中,设备故障次数为0次,而且,由于气泡干扰较少,聚合反应充分,所得产品质量较好。
相比之下,采用对比反应釜1进行聚合反应,在生产过程中,设备容易会发生跳闸,发生跳闸时反应失败,所得产品不符合标准,无法进行大规模工业生产;采用对比反应釜2进行聚合反应,所得产品质量变差。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种高粘度料液搅拌装置,其特征在于,包括搅拌轴,所述搅拌轴从上至下依次设置有第一搅拌桨、第二搅拌桨和第三搅拌桨;所述第一搅拌桨包括若干横杆和刮齿,所述横杆以所述搅拌轴为圆心向外延伸,所述刮齿固定于所述横杆上,若干所述刮齿在横杆上排列呈梳状;所述第二搅拌桨包括若干搅拌叶和补强板,所述搅拌叶呈扁平长条状,所述搅拌叶所在平面与搅拌轴中心轴和搅拌叶中心轴所在平面呈0~80°夹角;所述第三搅拌桨包括U型搅拌叶和刮板,所述刮板固定于所述U型搅拌器底部。
2.根据权利要求1所述的高粘度料液搅拌装置,其特征在于,所述刮齿的长度为10~20cm,相邻两个刮齿之间的距离为8~16cm。
3.根据权利要求1所述的高粘度料液搅拌装置,其特征在于,所述第一搅拌桨与所述第二搅拌桨之间的距离为50~80cm,所述第二搅拌桨与所述第三搅拌桨之间的距离为60~90cm。
4.根据权利要求1所述的高粘度料液搅拌装置,其特征在于,所述补强板沿所述搅拌叶中心轴方向固定于所述搅拌叶上。
5.根据权利要求4所述的高粘度料液搅拌装置,其特征在于,所述补强板垂直于所述搅拌叶。
6.根据权利要求1~5任一项所述的高粘度料液搅拌装置,其特征在于,所述刮板两侧设有若干突刺。
7.一种高粘度料液反应釜,其特征在于,包括如权利要求1~6任一项所述的搅拌装置,以及:
壳体,所述壳体上设有入料口和取样口,所述搅拌轴设置于所述壳体内;
换热装置,所述换热装置环绕设置于所述壳体外部;
动力装置,包括可变扭矩减速机和马达,所述可变扭矩减速机一端连接马达,另一端连接搅拌轴。
8.根据权利要求7所述的高粘度料液反应釜,其特征在于,所述壳体的底部为圆弧形,所述刮板的底部与所述壳体的底部形状相匹配。
9.根据权利要求7或8所述的高粘度料液反应釜,其特征在于,所述换热装置包括相互分离的第一换热盘管和第二换热盘管,所述第一换热盘管向所述搅拌轴的垂直投影覆盖所述第二搅拌桨向所述搅拌轴的垂直投影,所述第二换热盘管向所述搅拌轴的垂直投影覆盖所述第三搅拌桨向所述搅拌轴的垂直投影。
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